JPH0721355A - 画像内位置変換方法 - Google Patents
画像内位置変換方法Info
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- JPH0721355A JPH0721355A JP5192062A JP19206293A JPH0721355A JP H0721355 A JPH0721355 A JP H0721355A JP 5192062 A JP5192062 A JP 5192062A JP 19206293 A JP19206293 A JP 19206293A JP H0721355 A JPH0721355 A JP H0721355A
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- Image Analysis (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 実空間内の基準座標系から画像座標系への変
換において、指標点の配置に自由度を持たせることがで
きる画像内位置変換方法を提供する。 【構成】 空間内に配置された複数個の指標点を写し込
んだ画像を、同一の画像撮影装置で多方向から撮影す
る。指標点は、どの方向から撮影された画像に写し込ま
れていてもよい。画像撮影装置固有の画像座標系におけ
る、多方向から撮影された画像内の各指標点の位置と、
実空間内の基準座標系における各指標点の位置とを特定
する。基準座標系と画像座標系とにおける各指標点の位
置に基づいて、基準座標系から画像座標系への変換式を
特定し、その変換式により、基準座標系の任意点の位置
を、画像座標系の対応位置に変換する。
換において、指標点の配置に自由度を持たせることがで
きる画像内位置変換方法を提供する。 【構成】 空間内に配置された複数個の指標点を写し込
んだ画像を、同一の画像撮影装置で多方向から撮影す
る。指標点は、どの方向から撮影された画像に写し込ま
れていてもよい。画像撮影装置固有の画像座標系におけ
る、多方向から撮影された画像内の各指標点の位置と、
実空間内の基準座標系における各指標点の位置とを特定
する。基準座標系と画像座標系とにおける各指標点の位
置に基づいて、基準座標系から画像座標系への変換式を
特定し、その変換式により、基準座標系の任意点の位置
を、画像座標系の対応位置に変換する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、実空間内の基準座標
系での任意点の位置を、画像座標系の対応位置に変換す
る方法であり、例えば、核磁気断層撮影装置（ＭＲＩ装
置）等で得られた画像上に写し出された病変部位と実際
に手術を施す位置との対応関係をモニタ上で確認できる
ようにした定位的脳手術支援装置等に利用される画像内
位置変換方法に関する。
系での任意点の位置を、画像座標系の対応位置に変換す
る方法であり、例えば、核磁気断層撮影装置（ＭＲＩ装
置）等で得られた画像上に写し出された病変部位と実際
に手術を施す位置との対応関係をモニタ上で確認できる
ようにした定位的脳手術支援装置等に利用される画像内
位置変換方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、Ｘ線ＣＴ装置やＭＲＩ装置等（以
下、これらを総称する場合には、単にＣＴ装置ともい
う）の画像診断技術の進展に伴い、例えば、頭蓋内の病
変部位が高精度で決定できるようになった。しかしなが
ら、決定された病変部位に手術操作を加える段階では、
解剖学的知識に基づいてＣＴ装置の画像と実際の手術位
置とのおおまかな対応関係を考えつつ、開頭位置の決
定、および病変部位の抽出等が行なわれる。このような
実際の手術操作位置とＣＴ装置の画像上の病変部位との
正確な対応関係を付けるために、例えば、特開平3-2670
54号公報等に開示されている定位的脳手術支援装置等が
ある。
下、これらを総称する場合には、単にＣＴ装置ともい
う）の画像診断技術の進展に伴い、例えば、頭蓋内の病
変部位が高精度で決定できるようになった。しかしなが
ら、決定された病変部位に手術操作を加える段階では、
解剖学的知識に基づいてＣＴ装置の画像と実際の手術位
置とのおおまかな対応関係を考えつつ、開頭位置の決
定、および病変部位の抽出等が行なわれる。このような
実際の手術操作位置とＣＴ装置の画像上の病変部位との
正確な対応関係を付けるために、例えば、特開平3-2670
54号公報等に開示されている定位的脳手術支援装置等が
ある。
【０００３】この定位的脳手術支援装置では、複数個の
指標点（マーカー）を頭部に貼付してＣＴ装置で前記マ
ーカーを写し込んだ画像を撮影し、画像内に写し込まれ
たマーカーのＣＴ座標系（画像座標系）での座標と、磁
場ソースと手術用プローブに取り付けられた磁場センサ
ーと３次元デジタイザー等からなる３次元座標測定装置
で測定した前記マーカーの実空間上（ＭＳ座標系）の位
置（座標）とに基づいて、ＭＳ座標系から画像座標系へ
の変換式を求め、手術用プローブの先端のＭＳ座標上で
の位置を３次元座標測定装置で測定し、その位置を前記
変換式を用いて画像座標系に変換し、プローブの先端位
置を、モニタに表示されている画像に重畳表示して、手
術操作位置の特定等に役立てる。
指標点（マーカー）を頭部に貼付してＣＴ装置で前記マ
ーカーを写し込んだ画像を撮影し、画像内に写し込まれ
たマーカーのＣＴ座標系（画像座標系）での座標と、磁
場ソースと手術用プローブに取り付けられた磁場センサ
ーと３次元デジタイザー等からなる３次元座標測定装置
で測定した前記マーカーの実空間上（ＭＳ座標系）の位
置（座標）とに基づいて、ＭＳ座標系から画像座標系へ
の変換式を求め、手術用プローブの先端のＭＳ座標上で
の位置を３次元座標測定装置で測定し、その位置を前記
変換式を用いて画像座標系に変換し、プローブの先端位
置を、モニタに表示されている画像に重畳表示して、手
術操作位置の特定等に役立てる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな構成を有する従来例の場合には、次のような問題が
ある。従来装置のＭＳ座標系から画像座標系への変換
は、単一のＣＴ装置で単一の方向から得られた画像に全
てのマーカーが写し込まれている必要がある。しかし、
被検者によっては、単一のＣＴ装置で単一の方向から得
られる画像内に、全てのマーカーを写し込むように、マ
ーカーを配置するのが困難、または不可能である場合が
ある。
うな構成を有する従来例の場合には、次のような問題が
ある。従来装置のＭＳ座標系から画像座標系への変換
は、単一のＣＴ装置で単一の方向から得られた画像に全
てのマーカーが写し込まれている必要がある。しかし、
被検者によっては、単一のＣＴ装置で単一の方向から得
られる画像内に、全てのマーカーを写し込むように、マ
ーカーを配置するのが困難、または不可能である場合が
ある。
【０００５】この発明は、このような事情に鑑みてなさ
れたものであって、実空間内の基準座標系から画像座標
系への変換において、指標点の被検者への配置に自由度
を持たせることができる画像内位置変換方法を提供する
ことを目的とする。
れたものであって、実空間内の基準座標系から画像座標
系への変換において、指標点の被検者への配置に自由度
を持たせることができる画像内位置変換方法を提供する
ことを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】この発明は、このような
目的を達成するために、次のような構成をとる。すなわ
ち、この発明は、同一の画像撮影装置で多方向から撮影
される画像のいずれかに、空間内に配置された複数個の
指標点を写し込んで画像を撮影する工程と、前記画像撮
影装置が固有に持つ画像座標系における、前記多方向か
ら撮影された画像に写し込まれた前記各指標点の位置を
特定する工程と、前記各指標点の実空間内の基準座標系
での位置を特定する工程と、前記基準座標系での前記各
指標点の位置と、前記画像座標系での前記各指標点の位
置とに基づいて、前記基準座標系の任意点の位置を前記
画像座標系の対応位置に変換する変換式を特定する工程
と、前記基準座標系の任意点の位置を、前記変換式によ
り前記画像座標系の対応位置に変換する工程とを備えた
ものである。
目的を達成するために、次のような構成をとる。すなわ
ち、この発明は、同一の画像撮影装置で多方向から撮影
される画像のいずれかに、空間内に配置された複数個の
指標点を写し込んで画像を撮影する工程と、前記画像撮
影装置が固有に持つ画像座標系における、前記多方向か
ら撮影された画像に写し込まれた前記各指標点の位置を
特定する工程と、前記各指標点の実空間内の基準座標系
での位置を特定する工程と、前記基準座標系での前記各
指標点の位置と、前記画像座標系での前記各指標点の位
置とに基づいて、前記基準座標系の任意点の位置を前記
画像座標系の対応位置に変換する変換式を特定する工程
と、前記基準座標系の任意点の位置を、前記変換式によ
り前記画像座標系の対応位置に変換する工程とを備えた
ものである。
【０００７】
【作用】この発明の作用は次のとおりである。まず、空
間内に配置された複数個の指標点を写し込んだ画像を、
同一の画像撮影装置で多方向から撮影する。このとき、
指標点は、どの方向から撮影された画像に写し込まれて
いてもよい。次に、画像撮影装置が固有に持つ画像座標
系を基準として、多方向から撮影された画像に写し込ま
れた各指標点の位置を特定する。一方、各指標点の実空
間内の基準座標系での位置を特定する。そして、基準座
標系での各指標点の位置と、画像座標系での各指標点の
位置とに基づいて、基準座標系の任意点の位置を画像座
標系の対応位置に変換する変換式を特定する。すなわ
ち、指標点を介して、基準座標系と画像座標系との対応
関係を求める。求めた変換式により、基準座標系の任意
点の位置を、画像座標系の対応位置に変換する。
間内に配置された複数個の指標点を写し込んだ画像を、
同一の画像撮影装置で多方向から撮影する。このとき、
指標点は、どの方向から撮影された画像に写し込まれて
いてもよい。次に、画像撮影装置が固有に持つ画像座標
系を基準として、多方向から撮影された画像に写し込ま
れた各指標点の位置を特定する。一方、各指標点の実空
間内の基準座標系での位置を特定する。そして、基準座
標系での各指標点の位置と、画像座標系での各指標点の
位置とに基づいて、基準座標系の任意点の位置を画像座
標系の対応位置に変換する変換式を特定する。すなわ
ち、指標点を介して、基準座標系と画像座標系との対応
関係を求める。求めた変換式により、基準座標系の任意
点の位置を、画像座標系の対応位置に変換する。
【０００８】
【実施例】以下、図面を参照してこの発明の一実施例を
説明する。図１は、この発明の一実施例に係る画像内位
置変換方法を実施する画像内位置変換装置を組み込んだ
定位的脳手術支援装置の概略構成を示すブロック図であ
り、図２は、実施例装置による画像内位置変換処理手順
を示すフローチャートである。
説明する。図１は、この発明の一実施例に係る画像内位
置変換方法を実施する画像内位置変換装置を組み込んだ
定位的脳手術支援装置の概略構成を示すブロック図であ
り、図２は、実施例装置による画像内位置変換処理手順
を示すフローチャートである。
【０００９】各部の構成を、図２のフローチャートに従
って以下に説明する。まず、被検者の頭部の任意の位置
に貼付された４個の指標点（マーカー）Ｍ1〜Ｍ4 を写
し込むように画像撮影装置１で多方向から画像２が撮影
される（ステップＳ１）。
って以下に説明する。まず、被検者の頭部の任意の位置
に貼付された４個の指標点（マーカー）Ｍ1〜Ｍ4 を写
し込むように画像撮影装置１で多方向から画像２が撮影
される（ステップＳ１）。
【００１０】画像撮影装置１は、多方向から画像の撮影
が可能な、例えば、ＭＲＩ装置等で構成されている。画
像撮影装置１による画像２の撮影は、図３に示すよう
に、昇降自在の基台３上にスライド自在に取り付けられ
た天板４に仰臥された被検者Ｍをガントリ５の空洞部６
内に挿入して行なわれる。このとき、被検者Ｍの頭部に
は、図３に示すように、マーカーＭ1 〜Ｍ4 が任意位置
に貼付されている。画像２の撮影は多方向、例えば、図
４に示すように、α方向とβ方向の２方向から行なわれ
る。撮影された画像２（２1 、２2 ）を図５に示す。図
５（ａ）は、α方向から撮影された画像２1 を示し、図
５（ｂ）は、β方向から撮影された画像２2 を示す。図
に示すように、α方向から撮影された画像２1 には、マ
ーカーＭ1、Ｍ2 が写されており、β方向から撮影され
た画像２2 には、マーカーＭ3 、Ｍ4 が写されている。
すなわち、マーカーＭ1 〜Ｍ4 は、多方向から撮影され
た画像２のいずれかに写されていればよい。撮影された
画像２は、例えば、固体撮影素子（ＣＣＤ）カメラやイ
メージスキャナ等の画像読み取り装置（図示せず）で読
み取られてメモリ７に記憶される。また、画像撮影装置
１から直接画像データを転送してメモリ７に記憶するよ
うにしてもよい。そして、メモリ７に記憶された画像２
は、表示制御部８によりモニタ９に表示される。
が可能な、例えば、ＭＲＩ装置等で構成されている。画
像撮影装置１による画像２の撮影は、図３に示すよう
に、昇降自在の基台３上にスライド自在に取り付けられ
た天板４に仰臥された被検者Ｍをガントリ５の空洞部６
内に挿入して行なわれる。このとき、被検者Ｍの頭部に
は、図３に示すように、マーカーＭ1 〜Ｍ4 が任意位置
に貼付されている。画像２の撮影は多方向、例えば、図
４に示すように、α方向とβ方向の２方向から行なわれ
る。撮影された画像２（２1 、２2 ）を図５に示す。図
５（ａ）は、α方向から撮影された画像２1 を示し、図
５（ｂ）は、β方向から撮影された画像２2 を示す。図
に示すように、α方向から撮影された画像２1 には、マ
ーカーＭ1、Ｍ2 が写されており、β方向から撮影され
た画像２2 には、マーカーＭ3 、Ｍ4 が写されている。
すなわち、マーカーＭ1 〜Ｍ4 は、多方向から撮影され
た画像２のいずれかに写されていればよい。撮影された
画像２は、例えば、固体撮影素子（ＣＣＤ）カメラやイ
メージスキャナ等の画像読み取り装置（図示せず）で読
み取られてメモリ７に記憶される。また、画像撮影装置
１から直接画像データを転送してメモリ７に記憶するよ
うにしてもよい。そして、メモリ７に記憶された画像２
は、表示制御部８によりモニタ９に表示される。
【００１１】次に、画像撮影装置１がデータ収集用に持
つ固有の画像座標系における、メモリ７に記憶された画
像２に写し込まれたマーカーＭ1 〜Ｍ4 の位置を特定す
る（ステップＳ２）。この処理は、画像座標特定部２１
により行なわれる。
つ固有の画像座標系における、メモリ７に記憶された画
像２に写し込まれたマーカーＭ1 〜Ｍ4 の位置を特定す
る（ステップＳ２）。この処理は、画像座標特定部２１
により行なわれる。
【００１２】ここで、画像撮影装置１が固有に持つ画像
座標系について図３を参照して説明する。図３では、ガ
ントリ５の空洞部６の軸線方向の中心線をｚ軸とし、画
像撮影装置１のガントリ４の空洞部５のｚ方向の中心と
ｚ軸の交点を原点Ｏとした直交座標系（ｚ軸に直交する
平面がｘ−ｙ平面になり、紙面に垂直な軸をｘ軸とす
る）を、画像撮影装置１が固有に持つ画像座標系として
いる。この画像座標系において、例えば、α方向から撮
影された画像２1 は、断層面がｘ−ｙ平面と一致し、ス
ライス方向がｚ軸に一致する。また、β方向から撮影さ
れた画像２2 は、断層面がｘ−ｚ平面と一致し、スライ
ス方向がｙ軸に一致する。
座標系について図３を参照して説明する。図３では、ガ
ントリ５の空洞部６の軸線方向の中心線をｚ軸とし、画
像撮影装置１のガントリ４の空洞部５のｚ方向の中心と
ｚ軸の交点を原点Ｏとした直交座標系（ｚ軸に直交する
平面がｘ−ｙ平面になり、紙面に垂直な軸をｘ軸とす
る）を、画像撮影装置１が固有に持つ画像座標系として
いる。この画像座標系において、例えば、α方向から撮
影された画像２1 は、断層面がｘ−ｙ平面と一致し、ス
ライス方向がｚ軸に一致する。また、β方向から撮影さ
れた画像２2 は、断層面がｘ−ｚ平面と一致し、スライ
ス方向がｙ軸に一致する。
【００１３】上述のような画像座標系における、画像２
に写し込まれたマーカーＭ1 〜Ｍ4の位置は、以下によ
うに特定することができる。例えば、α方向から撮影さ
れた画像２1 について説明する。α方向の撮影は、最初
の撮影部位を画像撮影装置１の撮影位置（上述の画像座
標系の原点Ｏが、撮影される画像２1 のスライス厚さの
真中にくる位置）に合わせて画像２1 を撮影し、次に、
スライス厚さ分だけ天板４をｚ方向に移動して、２番目
の撮影部位を撮影位置に合わせて画像２1 の撮影を行な
う。以下同様に、必要枚数分の画像２1 を撮影する。図
６（ａ）は、３枚の画像２11〜２13の撮影が完了した状
態を示す。図６（ａ）の状態において、撮影された画像
２11〜２13の並びと、画像座標系の原点Ｏを含む画像
（図では、最後に撮影された画像２13）と、スライス厚
さｄとが判れば、各画像２11〜２13のｚ軸の画像座標系
の位置（座標）を特定することができる。例えば、画像
２11の画像座標系におけるｚ座標は、２×ｄに相当す
る。また、図６（ｂ）に示すように、各画像２11（、２
12、２13）の断層面（ｘ−ｙ平面）内の特定位置Ｐの
ｘ、ｙ座標は、画像２11（、２12、２13）とｚ軸との交
点ｚｃとＰとの距離ＬのＸ成分ＬX 、Ｙ成分ＬY に相当
する。このようにして、画像座標系における、α方向か
ら撮影された画像２1に写し込まれたマーカーＭ1 〜Ｍ
4 の座標を特定することができる。なお、ｚ座標を特定
するのに必要な上述各情報は、入力装置１０から設定さ
れる。
に写し込まれたマーカーＭ1 〜Ｍ4の位置は、以下によ
うに特定することができる。例えば、α方向から撮影さ
れた画像２1 について説明する。α方向の撮影は、最初
の撮影部位を画像撮影装置１の撮影位置（上述の画像座
標系の原点Ｏが、撮影される画像２1 のスライス厚さの
真中にくる位置）に合わせて画像２1 を撮影し、次に、
スライス厚さ分だけ天板４をｚ方向に移動して、２番目
の撮影部位を撮影位置に合わせて画像２1 の撮影を行な
う。以下同様に、必要枚数分の画像２1 を撮影する。図
６（ａ）は、３枚の画像２11〜２13の撮影が完了した状
態を示す。図６（ａ）の状態において、撮影された画像
２11〜２13の並びと、画像座標系の原点Ｏを含む画像
（図では、最後に撮影された画像２13）と、スライス厚
さｄとが判れば、各画像２11〜２13のｚ軸の画像座標系
の位置（座標）を特定することができる。例えば、画像
２11の画像座標系におけるｚ座標は、２×ｄに相当す
る。また、図６（ｂ）に示すように、各画像２11（、２
12、２13）の断層面（ｘ−ｙ平面）内の特定位置Ｐの
ｘ、ｙ座標は、画像２11（、２12、２13）とｚ軸との交
点ｚｃとＰとの距離ＬのＸ成分ＬX 、Ｙ成分ＬY に相当
する。このようにして、画像座標系における、α方向か
ら撮影された画像２1に写し込まれたマーカーＭ1 〜Ｍ
4 の座標を特定することができる。なお、ｚ座標を特定
するのに必要な上述各情報は、入力装置１０から設定さ
れる。
【００１４】また、β方向から撮影された画像２2 につ
いても、画像座標系に対してどのように画像２2 が撮影
されたかの条件やスライス厚さ等の情報により、画像座
標系における、画像２2 に写し込まれたマーカーＭ1 〜
Ｍ4 のｙ座標が特定でき、画像２2 の断層面（ｘ−ｚ平
面）内のマーカーＭ1 〜Ｍ4 のｘ、ｚ座標は、画像２ 2
とｙ軸との交点とマーカーＭ1 〜Ｍ4 との距離のｘ成
分、ｚ成分により特定することができる。
いても、画像座標系に対してどのように画像２2 が撮影
されたかの条件やスライス厚さ等の情報により、画像座
標系における、画像２2 に写し込まれたマーカーＭ1 〜
Ｍ4 のｙ座標が特定でき、画像２2 の断層面（ｘ−ｚ平
面）内のマーカーＭ1 〜Ｍ4 のｘ、ｚ座標は、画像２ 2
とｙ軸との交点とマーカーＭ1 〜Ｍ4 との距離のｘ成
分、ｚ成分により特定することができる。
【００１５】なお、画像撮影装置１が固有に持つ画像座
標系としては、上記に限らず、例えば、図７に示すよう
に、原点Ｏ’をガントリ５の空洞部６の端面に設定する
ようにしてもよい。このように画像座標系を設定する
と、上述の画像座標系で特定された位置のｚ座標に、上
述の画像座標系の原点Ｏと、図７の画像座標系の原点
Ｏ’との間の距離ＯＬを加算してやれば、画像２に写し
込まれたマーカーＭ1 〜Ｍ4 の位置を特定することがで
きる。また、画像座標系は、上述のように直交座標系で
なくとも斜交座標系であってもよい。
標系としては、上記に限らず、例えば、図７に示すよう
に、原点Ｏ’をガントリ５の空洞部６の端面に設定する
ようにしてもよい。このように画像座標系を設定する
と、上述の画像座標系で特定された位置のｚ座標に、上
述の画像座標系の原点Ｏと、図７の画像座標系の原点
Ｏ’との間の距離ＯＬを加算してやれば、画像２に写し
込まれたマーカーＭ1 〜Ｍ4 の位置を特定することがで
きる。また、画像座標系は、上述のように直交座標系で
なくとも斜交座標系であってもよい。
【００１６】α方向から撮影された画像２1 から、画像
座標系におけるマーカーＭ1 、Ｍ2の位置を特定し、β
方向から撮影された画像２2 から、画像座標系における
マーカーＭ3 、Ｍ4 の位置を特定する。特定された各マ
ーカーＭ1 〜Ｍ4 の位置（座標）（ｘj ，ｙj ，ｘj ）
（但し、ｊは各マーカーに対応し、ｊ＝１〜４）は、画
像座標系／基準座標系座標変換式特定部２２に与えられ
る。
座標系におけるマーカーＭ1 、Ｍ2の位置を特定し、β
方向から撮影された画像２2 から、画像座標系における
マーカーＭ3 、Ｍ4 の位置を特定する。特定された各マ
ーカーＭ1 〜Ｍ4 の位置（座標）（ｘj ，ｙj ，ｘj ）
（但し、ｊは各マーカーに対応し、ｊ＝１〜４）は、画
像座標系／基準座標系座標変換式特定部２２に与えられ
る。
【００１７】次に、実空間内の基準座標系でのマーカー
Ｍ1 〜Ｍ4 の位置を特定する（ステップＳ３）。基準座
標系でのマーカーＭ1 〜Ｍ4 の位置の特定は、以下のよ
うな３次元空間位置測定装置１１を用いる。この３次元
空間位置測定装置１１の一例を図８を参照して説明す
る。
Ｍ1 〜Ｍ4 の位置を特定する（ステップＳ３）。基準座
標系でのマーカーＭ1 〜Ｍ4 の位置の特定は、以下のよ
うな３次元空間位置測定装置１１を用いる。この３次元
空間位置測定装置１１の一例を図８を参照して説明す
る。
【００１８】図８に示すように、この３次元空間位置測
定装置１１は、所定位置（例えば、基台３）に固定さ
れ、交流電磁波を放射する磁場ソース３１と、脳手術用
の鋭角三角形あるいは吸引管型のポインターまたは穿刺
針等のプローブ３２の所定位置に取り付けられた磁場セ
ンサ３３と、３次元デジタイザ３４とによって構成され
ている。磁場ソース３１からは、相互に識別可能な複数
の無線周波電磁場が放射され、その電磁場を磁場センサ
３３が分離検知し、受信された信号に基づいて３次元デ
ジタイザ３４が磁場ソース３１を基準とした基準座標系
における磁場センサ３３の位置を算出し、さらに、磁場
センサ３３の取り付け位置とプローブ３２の先端３５の
位置との位置関係から基準座標系におけるプローブ３２
の先端３５の位置を算出する。
定装置１１は、所定位置（例えば、基台３）に固定さ
れ、交流電磁波を放射する磁場ソース３１と、脳手術用
の鋭角三角形あるいは吸引管型のポインターまたは穿刺
針等のプローブ３２の所定位置に取り付けられた磁場セ
ンサ３３と、３次元デジタイザ３４とによって構成され
ている。磁場ソース３１からは、相互に識別可能な複数
の無線周波電磁場が放射され、その電磁場を磁場センサ
３３が分離検知し、受信された信号に基づいて３次元デ
ジタイザ３４が磁場ソース３１を基準とした基準座標系
における磁場センサ３３の位置を算出し、さらに、磁場
センサ３３の取り付け位置とプローブ３２の先端３５の
位置との位置関係から基準座標系におけるプローブ３２
の先端３５の位置を算出する。
【００１９】磁場ソース３１と磁場センサ３３とはそれ
ぞれ３組の直交コイルで構成され、磁場ソース３１の１
個のコイルを励磁すると磁場センサ３３の３個のコイル
に磁場ソース３１からの距離と磁場センサ３３の配向に
応じた誘導電圧が発生し、この電圧または電流信号が３
次元デジタイザ３４で解析され、磁場ソース３１の中心
を原点ＯK とする基準座標系（Ｘ−Ｙ−Ｚ直交座標系）
における磁場センサ３３の位置座標（ａ、ｂ、ｃ）と方
向角（Ａ、Ｅ、Ｒ）が算出される。ここで、Ａ、Ｅ、Ｒ
は、オイラー角でそれぞれ方位角、上昇角、ロール角を
示している。そして、磁場ソース３１の３個のコイルか
ら電磁場を順次放射して、１秒当たり数十回の割りで位
置と方向角度を補正しながら測定する。
ぞれ３組の直交コイルで構成され、磁場ソース３１の１
個のコイルを励磁すると磁場センサ３３の３個のコイル
に磁場ソース３１からの距離と磁場センサ３３の配向に
応じた誘導電圧が発生し、この電圧または電流信号が３
次元デジタイザ３４で解析され、磁場ソース３１の中心
を原点ＯK とする基準座標系（Ｘ−Ｙ−Ｚ直交座標系）
における磁場センサ３３の位置座標（ａ、ｂ、ｃ）と方
向角（Ａ、Ｅ、Ｒ）が算出される。ここで、Ａ、Ｅ、Ｒ
は、オイラー角でそれぞれ方位角、上昇角、ロール角を
示している。そして、磁場ソース３１の３個のコイルか
ら電磁場を順次放射して、１秒当たり数十回の割りで位
置と方向角度を補正しながら測定する。
【００２０】そして、測定された磁場センサ３３の位置
と方向角、および磁場センサ３３の中心を原点ＯS とす
る磁場センサ座標系（Ｕ−Ｖ−Ｗ直交座標系）における
プローブ３２の先端３５の座標（ｕP ，ｖP ，ｗP ）に
基づいて、基準座標系でのプローブ３２の先端３５の位
置座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を次式により特定する。
と方向角、および磁場センサ３３の中心を原点ＯS とす
る磁場センサ座標系（Ｕ−Ｖ−Ｗ直交座標系）における
プローブ３２の先端３５の座標（ｕP ，ｖP ，ｗP ）に
基づいて、基準座標系でのプローブ３２の先端３５の位
置座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を次式により特定する。
【００２１】 （Ｘ，Ｙ，Ｚ）＝（ａ，ｂ，ｃ） ＋（ｕP ，ｖP ，ｗP ）＊Ｔ1 ＊Ｔ2 ＊Ｔ3 …… （１） ここで、Ｔ1 、Ｔ2 、Ｔ3 は、次のように表される。
【００２２】
【数１】
【００２３】磁場センサ３３の中心を原点ＯS とする磁
場センサ座標系におけるプローブ３２の先端３５の座標
（ｕP ，ｖP ，ｗP ）は、プローブ３２の形状、寸法等
に応じて決まり、初期データとして３次元デジタイザ３
４に予め設定されている。すなわち、磁場センサ３３の
位置と方向角が測定されれば、上式（１）により、基準
座標系でのプローブ３２の先端３５の位置座標（Ｘ，
Ｙ，Ｚ）が特定される。
場センサ座標系におけるプローブ３２の先端３５の座標
（ｕP ，ｖP ，ｗP ）は、プローブ３２の形状、寸法等
に応じて決まり、初期データとして３次元デジタイザ３
４に予め設定されている。すなわち、磁場センサ３３の
位置と方向角が測定されれば、上式（１）により、基準
座標系でのプローブ３２の先端３５の位置座標（Ｘ，
Ｙ，Ｚ）が特定される。
【００２４】そして、被検者Ｍを固定した状態で、プロ
ーブ３２の先端３５で被検者Ｍに貼付されたマーカーＭ
1 〜Ｍ4 を順次指し、基準座標系での各マーカーＭ1 〜
Ｍ4の位置（座標）を特定する。特定された各マーカー
Ｍ1 〜Ｍ4 の座標（Ｘj ，Ｙj ，Ｚj ）（但し、ｊはマ
ーカーに対応し、ｊ＝１〜４）は、画像座標系／基準座
標系座標変換式特定部２２に与えられる。
ーブ３２の先端３５で被検者Ｍに貼付されたマーカーＭ
1 〜Ｍ4 を順次指し、基準座標系での各マーカーＭ1 〜
Ｍ4の位置（座標）を特定する。特定された各マーカー
Ｍ1 〜Ｍ4 の座標（Ｘj ，Ｙj ，Ｚj ）（但し、ｊはマ
ーカーに対応し、ｊ＝１〜４）は、画像座標系／基準座
標系座標変換式特定部２２に与えられる。
【００２５】次に、３次元空間位置測定装置１１の別の
例を図９を参照して以下に説明する。図９に示す３次元
空間位置測定装置１１は、関節部４１ａ〜４１ｅで所定
方向に回動自在に連結されたアーム４２ａ〜４２ｃと、
アーム基端部４３、探索子４４等から構成されている。
アーム基端部４３は、所定位置（例えば、基台３）に固
定されており、各アーム４２ａ〜４２ｃ、探索子４４
を、関節部４１ａ〜４１ｅを介して所定方向に回動させ
ることにより、探索子４４を空間内で自由に移動させる
ことができる。各関節部４１ａ〜４１ｅには、アーム４
２ａ〜４２ｃ、探索子４４等の回転角により抵抗値が変
化するポテンショメータ（図示せず）が装備されてい
る。そして、探索子４４を空間内の所定位置に移動させ
ると、各ポテンショメータからの出力データ、各アーム
４２ａ〜４２ｃ、探索子４４の寸法等により、例えば、
アーム基端部４３の中心を原点ＯK とした基準座標系
（Ｘ−Ｙ−Ｚ直交座標系、但し、Ｘ軸は紙面に垂直方
向）における探索子４４の先端４５の位置（座標）を特
定することができる。
例を図９を参照して以下に説明する。図９に示す３次元
空間位置測定装置１１は、関節部４１ａ〜４１ｅで所定
方向に回動自在に連結されたアーム４２ａ〜４２ｃと、
アーム基端部４３、探索子４４等から構成されている。
アーム基端部４３は、所定位置（例えば、基台３）に固
定されており、各アーム４２ａ〜４２ｃ、探索子４４
を、関節部４１ａ〜４１ｅを介して所定方向に回動させ
ることにより、探索子４４を空間内で自由に移動させる
ことができる。各関節部４１ａ〜４１ｅには、アーム４
２ａ〜４２ｃ、探索子４４等の回転角により抵抗値が変
化するポテンショメータ（図示せず）が装備されてい
る。そして、探索子４４を空間内の所定位置に移動させ
ると、各ポテンショメータからの出力データ、各アーム
４２ａ〜４２ｃ、探索子４４の寸法等により、例えば、
アーム基端部４３の中心を原点ＯK とした基準座標系
（Ｘ−Ｙ−Ｚ直交座標系、但し、Ｘ軸は紙面に垂直方
向）における探索子４４の先端４５の位置（座標）を特
定することができる。
【００２６】そして、被検者Ｍを固定した状態で、探索
子４４の先端４５で被検者Ｍに貼付されたマーカーＭ1
〜Ｍ4 を順次指し、基準座標系での各マーカーＭ1 〜Ｍ
4 の位置（座標）を特定する。
子４４の先端４５で被検者Ｍに貼付されたマーカーＭ1
〜Ｍ4 を順次指し、基準座標系での各マーカーＭ1 〜Ｍ
4 の位置（座標）を特定する。
【００２７】なお、３次元空間位置測定装置１１は上述
以外の構成であってもよいし、また、３次元空間位置測
定装置１１を用いずに、実空間内の任意に決めた基準座
標系における各マーカーＭ1 〜Ｍ4 の位置を特定しても
よい。
以外の構成であってもよいし、また、３次元空間位置測
定装置１１を用いずに、実空間内の任意に決めた基準座
標系における各マーカーＭ1 〜Ｍ4 の位置を特定しても
よい。
【００２８】また、上述では、基準座標系として直交座
標系を設定したが、斜交座標系であってもよい。
標系を設定したが、斜交座標系であってもよい。
【００２９】次に、ステップＳ２とＳ３とで、特定され
た画像座標系における、マーカーＭ1 〜Ｍ4 の位置と、
基準座標系におけるマーカーＭ1 〜Ｍ4 の位置とに基づ
いて基準座標系での任意点の位置を画像座標系の対応位
置に変換する変換式を特定する（ステップＳ４）。この
処理は、画像座標系／基準座標系座標変換式特定部２２
により行なわれる。
た画像座標系における、マーカーＭ1 〜Ｍ4 の位置と、
基準座標系におけるマーカーＭ1 〜Ｍ4 の位置とに基づ
いて基準座標系での任意点の位置を画像座標系の対応位
置に変換する変換式を特定する（ステップＳ４）。この
処理は、画像座標系／基準座標系座標変換式特定部２２
により行なわれる。
【００３０】例えば、基準座標系から画像座標系への変
換を、各座標系で特定したマーカーＭ1 〜Ｍ4 の座標
（ｘj ，ｙj ，ｘj ）と（Ｘj ，Ｙj ，Ｚj ）を用いて
４次元Ａｆｆｉｎｅ（アフィン）変換で表すと、次式の
ようになる。
換を、各座標系で特定したマーカーＭ1 〜Ｍ4 の座標
（ｘj ，ｙj ，ｘj ）と（Ｘj ，Ｙj ，Ｚj ）を用いて
４次元Ａｆｆｉｎｅ（アフィン）変換で表すと、次式の
ようになる。
【００３１】
【数２】
【００３２】ここで、Ｔは、変換行列を表し、この変換
行列Ｔは、上式（２）から次式のようになる。
行列Ｔは、上式（２）から次式のようになる。
【００３３】
【数３】
【００３４】各座標（ｘ1j，ｙ1j，ｘ1j）、（Ｘj ，Ｙ
j ，Ｚj ）は、画像座標特定部２１、３次元空間位置測
定装置１１により特定されているので、変換行列Ｔを求
めることができる。
j ，Ｚj ）は、画像座標特定部２１、３次元空間位置測
定装置１１により特定されているので、変換行列Ｔを求
めることができる。
【００３５】例えば、図１０に示すように、基準座標系
の任意点Ｐr （Ｘa ，Ｙa ，Ｚa ）から画像座標系の対
応点Ｐg （ｘb ，ｙb ，ｚb ）への変換は、上記（３）
で求めた変換行列Ｔを用いて、以下のように表すことが
できる。 （ｘb ，ｙb ，ｚb ，１）＝（Ｘa ，Ｙa ，Ｚa ，１）＊Ｔ …… （４）
の任意点Ｐr （Ｘa ，Ｙa ，Ｚa ）から画像座標系の対
応点Ｐg （ｘb ，ｙb ，ｚb ）への変換は、上記（３）
で求めた変換行列Ｔを用いて、以下のように表すことが
できる。 （ｘb ，ｙb ，ｚb ，１）＝（Ｘa ，Ｙa ，Ｚa ，１）＊Ｔ …… （４）
【００３６】次に、基準座標系の任意点の位置を、ステ
ップＳ４により特定された変換式により、画像座標系の
対応位置に変換する（ステップＳ５）。この処理は、位
置変換部２３により行なわれる。
ップＳ４により特定された変換式により、画像座標系の
対応位置に変換する（ステップＳ５）。この処理は、位
置変換部２３により行なわれる。
【００３７】例えば、上述の図８で示した３次元空間位
置測定装置１１のプローブ３２の先端３５が指す任意位
置が位置変換部２３に与えられると、上記（４）式によ
り、画像座標系における対応位置（座標）に変換する。
置測定装置１１のプローブ３２の先端３５が指す任意位
置が位置変換部２３に与えられると、上記（４）式によ
り、画像座標系における対応位置（座標）に変換する。
【００３８】上述のように実空間内の任意点を画像座標
系へ変換することができるようになったことにより、手
術中に、実空間において、プローブ３２の先端３５の位
置を３次元空間位置測定装置１１で測定すれば、プロー
ブ３２の先端３５の現在位置を、モニタ９に表示されて
いる画像２にリアルタイムで重畳表示することができ、
病変部位と手術位置の対応関係をモニタ８で確認するこ
とができる。しかも、この実施例では、多方向から撮影
された画像２上に、プローブ３２の先端３５の位置を重
畳表示できるので、図１１に示すように、プローブ３２
の先端３５の位置Ｑを立体的に確認することもでき、病
変部位と手術位置との対応関係をより認識し易くするこ
とができる。
系へ変換することができるようになったことにより、手
術中に、実空間において、プローブ３２の先端３５の位
置を３次元空間位置測定装置１１で測定すれば、プロー
ブ３２の先端３５の現在位置を、モニタ９に表示されて
いる画像２にリアルタイムで重畳表示することができ、
病変部位と手術位置の対応関係をモニタ８で確認するこ
とができる。しかも、この実施例では、多方向から撮影
された画像２上に、プローブ３２の先端３５の位置を重
畳表示できるので、図１１に示すように、プローブ３２
の先端３５の位置Ｑを立体的に確認することもでき、病
変部位と手術位置との対応関係をより認識し易くするこ
とができる。
【００３９】なお、図１において一点鎖線で囲む部分２
０が、画像内位置変換装置に相当する。
０が、画像内位置変換装置に相当する。
【００４０】また、実空間内の基準位置における任意点
の位置を画像座標系の対応位置に変換する変換式は、上
述以外の方法で特定してもよい。
の位置を画像座標系の対応位置に変換する変換式は、上
述以外の方法で特定してもよい。
【００４１】さらに、上述の実施例では、定位的脳手術
支援装置に組み込んだ場合について説明したが、その他
の実空間の任意点の位置から画像座標系の対応位置への
変換を行なう場合にも適用することもできる。
支援装置に組み込んだ場合について説明したが、その他
の実空間の任意点の位置から画像座標系の対応位置への
変換を行なう場合にも適用することもできる。
【００４２】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、この発
明によれば、同一の画像撮影装置で多方向から撮影され
た画像のいずれかに写し込まれた指標点の、画像撮影装
置が固有に持つ画像座標系における位置と、基準座標系
における指標点の位置とに基づいて、基準座標系の任意
点の位置を画像座標系の対応位置に変換する変換式を特
定するように構成したことにより、単一方向から撮影さ
れる画像内に指標点が写し込まれていなければならない
場合に比べて、指標点の配置に自由度を持たせることが
できるようになった。
明によれば、同一の画像撮影装置で多方向から撮影され
た画像のいずれかに写し込まれた指標点の、画像撮影装
置が固有に持つ画像座標系における位置と、基準座標系
における指標点の位置とに基づいて、基準座標系の任意
点の位置を画像座標系の対応位置に変換する変換式を特
定するように構成したことにより、単一方向から撮影さ
れる画像内に指標点が写し込まれていなければならない
場合に比べて、指標点の配置に自由度を持たせることが
できるようになった。
【図１】この発明の一実施例に係る画像内位置変換方法
を実施する画像内位置変換装置を組み込んだ定位的脳手
術支援装置の概略構成を示すブロック図である。
を実施する画像内位置変換装置を組み込んだ定位的脳手
術支援装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２】実施例装置による画像内位置変換処理手順を示
すフローチャートである。
すフローチャートである。
【図３】画像撮影装置の概略構成を示す正面図である。
【図４】画像を撮影する方向を説明するための図であ
る。
る。
【図５】２方向から撮影された画像を示す図である。
【図６】画像座標系内のマーカーの位置を特定する手順
を説明するための図である。
を説明するための図である。
【図７】画像座標系の設定位置の変形例を示す図であ
る。
る。
【図８】３次元空間位置測定装置の概略構成を示す図で
ある。
ある。
【図９】３次元空間位置測定装置の変形例の概略構成を
示す図である。
示す図である。
【図１０】基準座標系から画像座標系への変換を説明す
るための図である。
るための図である。
【図１１】モニタに表示された画像に、プローブの先端
位置を重畳表示した図である。
位置を重畳表示した図である。
１ … 画像撮影装置 ２ … 画像 １１ … ３次元空間位置測定装置 ２０ … 画像内位置変換装置 ２１ … 画像座標特定部 ２２ … 画像座標系／基準座標系座標変換式特定部 ２３ … 位置変換部 Ｍ1 〜Ｍ4 … マーカー（指標点）
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｇ０６Ｔ 3/00 8420−5Ｌ Ｇ０６Ｆ 15/66 ３４０
Claims (1)
- 【請求項１】 同一の画像撮影装置で多方向から撮影さ
れる画像のいずれかに、空間内に配置された複数個の指
標点を写し込んで画像を撮影する工程と、前記画像撮影
装置が固有に持つ画像座標系における、前記多方向から
撮影された画像に写し込まれた前記各指標点の位置を特
定する工程と、前記各指標点の実空間内の基準座標系で
の位置を特定する工程と、前記基準座標系での前記各指
標点の位置と、前記画像座標系での前記各指標点の位置
とに基づいて、前記基準座標系の任意点の位置を前記画
像座標系の対応位置に変換する変換式を特定する工程
と、前記基準座標系の任意点の位置を、前記変換式によ
り前記画像座標系の対応位置に変換する工程とを備えた
ことを特徴とする画像内位置変換方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5192062A JPH0721355A (ja) | 1993-07-05 | 1993-07-05 | 画像内位置変換方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5192062A JPH0721355A (ja) | 1993-07-05 | 1993-07-05 | 画像内位置変換方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0721355A true JPH0721355A (ja) | 1995-01-24 |
Family
ID=16284994
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5192062A Pending JPH0721355A (ja) | 1993-07-05 | 1993-07-05 | 画像内位置変換方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0721355A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0810265A (ja) * | 1994-06-30 | 1996-01-16 | Shimadzu Corp | 断層像の空間座標設定装置 |
| JP2002143114A (ja) * | 2000-10-24 | 2002-05-21 | Ge Medical Systems Global Technology Co Llc | クレードル駆動装置および磁気共鳴映像システム |
| CN116704549A (zh) * | 2023-05-22 | 2023-09-05 | 北京长木谷医疗科技股份有限公司 | 三维空间关键点的位置检测方法、装置、设备及存储介质 |
-
1993
- 1993-07-05 JP JP5192062A patent/JPH0721355A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0810265A (ja) * | 1994-06-30 | 1996-01-16 | Shimadzu Corp | 断層像の空間座標設定装置 |
| JP2002143114A (ja) * | 2000-10-24 | 2002-05-21 | Ge Medical Systems Global Technology Co Llc | クレードル駆動装置および磁気共鳴映像システム |
| CN116704549A (zh) * | 2023-05-22 | 2023-09-05 | 北京长木谷医疗科技股份有限公司 | 三维空间关键点的位置检测方法、装置、设备及存储介质 |
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